Mengukur hal-hal yang tidak dapat Anda lihat

Ketika cahaya dipantulkan oleh struktur yang kacau, sulit untuk menebak dimana target berada. Kredit: Anggur TU

Bagaimana Anda mengukur hal-hal yang tidak dapat Anda lihat dalam keadaan normal? Universitas Utrecht dan TU Vienna (Wina) membuka kemungkinan baru dengan gelombang cahaya khusus.

Sinar laser dapat digunakan untuk mengukur posisi atau kecepatan suatu benda secara akurat. Biasanya, bagaimanapun, diperlukan pandangan yang jelas dan tidak ambigu tentang masalah tersebut – dan prasyarat ini tidak selalu dipenuhi. Dalam biomedis, misalnya, struktur diperiksa, yang tertanam dalam lingkungan yang tidak teratur dan kompleks. Di sana, sinar laser diisolasi, tersebar, dan dibiaskan, yang seringkali tidak memungkinkan untuk mendapatkan data yang berguna dari pengukuran.

Namun, Universitas Utrecht (Belanda) dan TU Vienna (Wina, Austria) kini telah mampu menunjukkan bahwa hasil yang berarti dapat ditemukan bahkan dalam lingkungan yang sedemikian kompleks. Memang, ada cara untuk menentukan dan memodifikasi sinar laser sehingga dalam lingkungan yang kompleks dan kacau, sinar laser memberikan informasi yang diinginkan secara tepat – dan hampir tidak mendekati, tetapi dengan cara yang optimal secara fisik: alam tidak memungkinkan ketepatan yang lebih tinggi dengan sinar laser yang kompatibel . Berbagai jenis gelombang dapat digunakan dalam berbagai bidang penerapan teknologi baru dan sekarang disajikan dalam jurnal ilmiah. Fisika Alam.

Vakum dan jendela kamar mandi

“Anda selalu ingin mencapai ukuran terbaik Ketepatan – Ini adalah elemen sentral dari semua ilmu alam, “kata Stephen Rotter dari TU Wine.” Mari kita pikirkan, misalnya, raksasa. Lego Keuntungan, yang digunakan untuk mengidentifikasi Gelombang gravitasi: Di sana, Anda mengirimkan sinar laser ke cermin dan perubahan jarak antara laser dan cermin diukur dengan akurasi tertinggi. “” Ini hanya bekerja dengan sangat baik karena sinar laser ditransmisikan melalui ruang hampa ultra-tinggi. Masalah apa pun, tidak peduli seberapa kecil Either way, harus dihindari.

Apa yang dapat Anda lakukan jika Anda tidak dapat memperbaiki masalah? “Bayangkan sebuah panel kaca yang tidak sepenuhnya transparan, tetapi sekasar dan semulus jendela kamar mandi,” kata Allard Mosk dari University of Utrecht. “Bisa menembus cahaya, tapi tidak dalam garis lurus. Gelombang cahaya berubah dan menyebar, jadi kita tidak bisa melihat apapun di sisi lain jendela dengan mata telanjang. “Situasinya sangat mirip ketika Anda ingin memeriksa benda-benda kecil di dalam jaringan biologis: lingkungan yang kacau mengganggu berkas cahaya. Sinar laser yang lurus dan sederhana kemudian berubah menjadi pola gelombang kompleks yang dipantulkan dari segala arah.

Gelombang yang menguntungkan

Namun, jika Anda tahu apa yang dilakukan lingkungan yang terganggu dengan berkas cahaya, Anda dapat membalikkan situasinya: maka dimungkinkan untuk membuat pola gelombang yang kompleks alih-alih sinar laser yang sederhana dan langsung, yang diubah menjadi bentuk yang diinginkan karena gangguan dan pukulan di tempat yang dapat memberikan hasil terbaik. Dorian Bouchet, penulis pertama studi tersebut, menjelaskan, “Untuk mencapai ini, Anda bahkan tidak perlu tahu persis apa kesulitan Anda.” .. / src / system – config – netboot.glade.h: 25 msgid “” “Ini cukup dengan mengirim satu set gelombang percobaan melalui sistem untuk mempelajari bagaimana mereka” “berubah melalui sistem.

Para ilmuwan yang terlibat dalam pekerjaan ini bersama-sama mengembangkan metode matematika yang kemudian dapat digunakan untuk menghitung gelombang optimal dari data pengujian ini: “Anda dapat menunjukkan bahwa ada gelombang tertentu untuk berbagai pengukuran yang memberikan informasi paling banyak, misalnya, koordinat spesifik di mana spasial koordinat. “

Misalnya sebuah benda yang tersembunyi di balik kotak sampah kaca: memiliki gelombang cahaya yang baik yang dapat digunakan untuk mendapatkan informasi sebanyak-banyaknya tentang apakah benda tersebut telah bergerak sedikit ke kanan atau sedikit ke kiri. Gelombang ini tampak rumit dan kacau, tetapi kemudian pena keruh dimodifikasi sedemikian rupa sehingga muncul di objek dengan cara yang benar-benar diinginkan dan memberikan alat ukur eksperimental jumlah informasi semaksimal mungkin.

Pengujian laser Utrecht

Fakta bahwa metode ini berhasil dalam praktiknya dikonfirmasi secara eksperimental di Universitas Utigrate: sinar laser dioperasikan melalui media yang kacau dalam bentuk pelat keruh. Perilaku tersebar media dicirikan oleh ini, kemudian gelombang optimal dihitung untuk analisis objek di luar pelat – dan berhasil dengan presisi dalam kisaran nanometer.

Tim kemudian melakukan pengukuran lebih lanjut untuk menguji batas metode baru mereka: jumlah foton dalam sinar laser dikurangi secara signifikan untuk melihat apakah ada hasil yang berarti kemudian diperoleh. Dengan demikian, mereka dapat mendemonstrasikan bahwa metode tersebut tidak hanya bekerja secara efektif, tetapi juga optimal secara fisik: “Kami melihat bahwa akurasi metode kami dibatasi oleh apa yang disebut derau kuantum,” jelas Allard Mosk. “Istilah ini adalah hasil foton cahaya – tidak ada yang bisa dilakukan untuk mengatasinya. Tetapi dalam batasan dari apa yang fisika kuantum memungkinkan kita lakukan untuk sinar laser yang koheren, kita sebenarnya dapat menghitung gelombang terbaik untuk mengukur hal-hal yang berbeda. Tidak hanya posisi tetapi juga arah atau kecepatan putaran benda. “

Hasil ini diperoleh dalam konteks program pencitraan struktur semikonduktor skala nanometer, di mana universitas bekerja sama dengan industri. Memang, kemungkinan area penerapan teknologi baru ini mencakup mikrobiologi tetapi produksi chip komputer, di mana pengukuran yang sangat tepat sangat penting.

Referensi: “Data maksimum untuk pengukuran hamburan yang koheren” oleh Dorian Bochet, Stephen Rotter dan Allard P. Mosk 21 Januari 2021, Fisika Alam.
DOI: 10.1038 / s41567-020-01137-4

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Alat-alat baru dibutuhkan untuk mencegah pandemi penyakit tanaman

Mengamati penyakit tanaman dapat mengungkapkan keamanan pangan. Penyakit tanaman tidak berhenti di perbatasan negara, dan kilometer lautan juga tidak mencegah penyebarannya. Itulah mengapa pengawasan...

Ilmuwan Menjelajahi Tesla Roads Jangan Ambil – Dan Temukan Kekuatan Baru Berguna dalam Penemuan Centennial

Foto eksposur ganda Nikola Tesla pada bulan Desember 1899 duduk di laboratoriumnya di Colorado Springs di sebelah kaca pembesar generator tegangan tinggi sementara mesin...

Untuk Mempercepat Akses, Mikroskopi yang Sangat Dapat Diputar Meninggalkan “Di Bawah Kisi”

Contoh desain ubin yang digunakan pada ulat percobaan C. elegans. Mesin non-grid memberi model fleksibilitas sementara untuk dengan cepat memasuki lingkungan yang menyenangkan....

Lingkar Kuno Munculnya Tektonik Lempeng Data 3,6 Miliar Tahun Lalu – Peristiwa Penting untuk Memperkaya Kehidupan Bumi

Zirkonia yang dipelajari oleh tim peneliti, difoto menggunakan katodoluminesensi, memungkinkan tim untuk melihat bagian dalam kristal menggunakan mikroskop elektron khusus. Lingkar zirkon adalah...

Bisakah kita mengurangi kecanduan opioid? [Video]

Pada 2017, jutaan orang di seluruh dunia kecanduan opioid dan 115.000 meninggal karena overdosis. Opioid adalah obat penghilang rasa sakit paling manjur yang kita miliki,...

Newsletter

Subscribe to stay updated.